JP2005093858A - Heat treatment device - Google Patents

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Hiroyoshi Kiyama
弘喜 樹山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat treatment device that is capable of maintaining the periphery of a substrate which becomes a target of a heating treatment, in a clean atmosphere at all the time. <P>SOLUTION: The heat treatment device is configured so that a semiconductor wafer W is pre-heated while being placed on a heating holder 55 disposed within an inner chamber 67. The heating holder 55 is inductively heated by an electromagnetic coil 40 that is installed outside the inner chamber 67. The heating holder 55 and the electromagnetic coil 40 are separately arranged to be in no contact with each other with a bottom wall of the inner chamber 67 in between, and any electrode or wiring does not exist within the inner chamber 67 at all. Thus, the inside of the sealed crystal inner chamber 67 becomes a simple structure wherein complicated wiring or the like does not exist, a contamination source such as particles or stagnant gases are eliminated, and the periphery of the semiconductor wafer W that becomes the target of heating treatment, can be maintained in the clean atmosphere at all the time. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体ウェハーやガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）にフラッシュランプから閃光を照射することにより基板を熱処理する熱処理装置に関する。   The present invention relates to a heat treatment apparatus for heat treating a substrate by irradiating a semiconductor wafer, a glass substrate or the like (hereinafter simply referred to as “substrate”) with flash light from a flash lamp.

半導体ウェハー等の製造工程においては種々の目的にて様々な加熱処理が行われる。加熱処理の手法としては、ヒータを内蔵したホットプレート上に半導体ウェハーを載置して加熱する方法が一般的であるが、例えばエピタキシャル装置では高周波誘導加熱によって半導体ウェハーを直接加熱する手法を採用しているものもある（例えば、特許文献１参照）。また、スパッタ装置では、ハロゲンランプからの光照射によってウェハーを載置するサセプタを加熱することにより、その載置された半導体ウェハーを加熱しているものもある（例えば、特許文献２参照）。   In the manufacturing process of a semiconductor wafer or the like, various heat treatments are performed for various purposes. As a heat treatment method, a method of heating a semiconductor wafer on a hot plate with a built-in heater is generally used. For example, an epitaxial apparatus employs a method of directly heating a semiconductor wafer by high-frequency induction heating. (For example, refer to Patent Document 1). In some sputtering apparatuses, a semiconductor wafer placed thereon is heated by heating a susceptor on which the wafer is placed by light irradiation from a halogen lamp (see, for example, Patent Document 2).

ところで、イオン注入後の半導体ウェハーのイオン活性化工程においても加熱処理が行われる。イオン活性化工程の加熱処理は、半導体ウェハーを例えば１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）することにより実行されるものであり、従来よりハロゲンランプから照射される光のエネルギーを利用して毎秒数百度程度の速度でウェハーを昇温するランプアニール装置が使用されてきた。   By the way, heat treatment is also performed in the ion activation step of the semiconductor wafer after ion implantation. The heat treatment in the ion activation process is performed by heating (annealing) the semiconductor wafer to a temperature of, for example, about 1000 ° C. to 1100 ° C., and conventionally uses the energy of light emitted from the halogen lamp. For example, a lamp annealing apparatus that raises the temperature of a wafer at a speed of several hundred degrees per second has been used.

ところが、ハロゲンランプにより毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハーを昇温する熱処理装置を使用して半導体ウェハーのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまる、すなわち、熱によりイオンが拡散してしまうという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、半導体ウェハーの表面にイオンを高濃度で注入しても、注入後のイオンが拡散してしまうことから、イオンを必要以上に注入しなければならないという問題が生じていた。   However, even when ion activation of a semiconductor wafer is performed using a heat treatment apparatus that raises the temperature of the semiconductor wafer at a rate of several hundred degrees per second by a halogen lamp, the profile of ions implanted into the semiconductor wafer is reduced. That is, it has been found that a phenomenon occurs in which ions diffuse due to heat. When such a phenomenon occurs, even if ions are implanted at a high concentration on the surface of the semiconductor wafer, the ions after implantation are diffused, so that ions must be implanted more than necessary. Has occurred.

上述したイオン拡散の問題を解決するため、キセノンフラッシュランプ等を使用して半導体ウェハーの表面に閃光を照射することにより、イオンが注入された半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間（数ミリセカンド以下）に昇温させる技術が提案されている（例えば、特許文献３，４参照）。キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、イオンが拡散するための十分な時間がないため、半導体ウェハーに打ち込まれたイオンのプロファイルをなまらせることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。   In order to solve the above-mentioned ion diffusion problem, the surface of the semiconductor wafer is irradiated with flash light using a xenon flash lamp or the like, so that only the surface of the semiconductor wafer into which ions are implanted is extremely short (less than a few milliseconds). ) Has been proposed (see, for example, Patent Documents 3 and 4). If the temperature is raised for a very short time with a xenon flash lamp, there is not enough time for ions to diffuse, so only ion activation is performed without the profile of the ions implanted in the semiconductor wafer being distorted. Can do it.

特開２００２−２８０３１３号公報JP 2002-280313 A 特開２００３−２７２２９号公報JP 2003-27229 A 特開昭５９−１６９１２５号公報JP 59-169125 A 特開昭６３−１６６２１９号公報JP 63-166219 A

このようなフラッシュランプアニール装置においては、キセノンフラッシュランプによる一瞬の閃光照射だけでは１０００℃ないし１１００℃程度の目標温度に到達できないため、閃光照射前に予め半導体ウェハーをある程度の温度（イオン拡散が生じない温度）にまで昇温させておく予備加熱処理が行われている。予備加熱処理は、主に８００℃以下で行われるため、均熱性および制御性に優れたホットプレート方式によって実行されるのが主流である。   In such a flash lamp annealing apparatus, a target temperature of about 1000 ° C. to 1100 ° C. cannot be reached by flash irradiation with a xenon flash lamp alone. Therefore, the semiconductor wafer is heated to a certain temperature (ion diffusion occurs before flash irradiation). Preheating treatment is performed in which the temperature is raised to a temperature that is not present. Since the preheating treatment is mainly performed at 800 ° C. or lower, it is mainly performed by a hot plate method excellent in heat uniformity and controllability.

しかしながら、ホットプレート方式は均熱性等には優れるものの、内蔵ヒータの電極への配線を必要とし、さらにホットプレート自体の材質が金属であるためパーティクル等の汚染源となるおそれがある。このため、ホットプレートの外表面をセラミックや石英で覆う汚染対策が採用されているが、このような複雑な構造ではチャンバー内にガス滞留部が生じるという問題があった。特にフラッシュランプアニール装置の場合、閃光による強い衝撃で汚染源を巻き上げるという特有の問題があった。   However, although the hot plate method is excellent in heat uniformity and the like, it requires wiring to the electrodes of the built-in heater, and since the material of the hot plate itself is a metal, there is a risk of becoming a contamination source of particles and the like. For this reason, a countermeasure against contamination is adopted in which the outer surface of the hot plate is covered with ceramic or quartz. However, in such a complicated structure, there is a problem that a gas retention portion is generated in the chamber. In particular, in the case of a flash lamp annealing apparatus, there is a specific problem that a contamination source is wound up by a strong impact of flashlight.

また、ホットプレート方式は、電熱式のヒータを加熱源としているためレスポンスが遅く、目標温度にまでホットプレートを昇温させるのに相当の時間を要するという問題もあった。   In addition, the hot plate method uses an electrothermal heater as a heating source, so that the response is slow, and it takes a considerable time to raise the temperature of the hot plate to the target temperature.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、加熱処理の対象となる基板の周辺を常に清浄な雰囲気に維持することができる熱処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus capable of always maintaining the periphery of a substrate to be heat-treated in a clean atmosphere.

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対して閃光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板に向けて閃光を照射するフラッシュランプと、基板を載置するとともに、前記フラッシュランプから閃光を照射する前に該基板を予備加熱する加熱保持体と、前記加熱保持体を加熱する熱源と、を備え、前記加熱保持体と前記熱源とを相互に非接触状態に分離配置している。   In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention provides a heat treatment apparatus that heats a substrate by irradiating the substrate with flash light, and a flash lamp that irradiates the substrate with flash light, and the substrate. And a heating holder that pre-heats the substrate before irradiating flash light from the flash lamp, and a heat source that heats the heating holder, the heating holder and the heat source being in a non-contact state with each other Are arranged separately.

また、請求項２の発明は、請求項１の発明にかかる熱処理装置において、前記加熱保持体を金属にて構成し、前記熱源を誘導加熱によって前記加熱保持体を加熱する電磁コイルとしている。   According to a second aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first aspect of the present invention, the heating holder is made of metal, and the heat source is an electromagnetic coil that heats the heating holder by induction heating.

また、請求項３の発明は、請求項１の発明にかかる熱処理装置において、前記加熱保持体をセラミックにて構成し、前記熱源を光照射によって前記加熱保持体を加熱するランプとしている。   According to a third aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the first aspect of the present invention, the heating holder is made of ceramic, and the heat source is a lamp that heats the heating holder by light irradiation.

また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明にかかる熱処理装置において、前記加熱保持体の上面に石英製のプレート状部材を敷設している。   According to a fourth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to any one of the first to third aspects, a quartz plate-like member is laid on the upper surface of the heating holder.

また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明にかかる熱処理装置において、前記加熱保持体を密閉チャンバーの内部に配置し、前記熱源を前記密閉チャンバーの外部に配置している。   The invention according to claim 5 is the heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the heating holder is disposed inside the sealed chamber, and the heat source is disposed outside the sealed chamber. doing.

また、請求項６の発明は、請求項５の発明にかかる熱処理装置において、前記密閉チャンバーを石英チャンバーとしている。   According to a sixth aspect of the invention, in the heat treatment apparatus according to the fifth aspect of the invention, the sealed chamber is a quartz chamber.

請求項１の発明によれば、加熱保持体と熱源とが相互に非接触状態に分離配置されているため、基板を載置する加熱保持体には配線接続等が不要であり、パーティクル源やガス滞留部が無くなり、その結果加熱処理の対象となる基板の周辺を常に清浄な雰囲気に維持することができる。   According to the invention of claim 1, since the heating holder and the heat source are separately arranged in a non-contact state, the heating holder on which the substrate is placed does not require wiring connection or the like. As a result, there is no gas stagnation part, and as a result, the periphery of the substrate to be heat-treated can always be maintained in a clean atmosphere.

また、請求項２の発明によれば、加熱保持体が金属にて構成され、熱源が誘導加熱によって加熱保持体を加熱する電磁コイルであるため、加熱保持体を熱源と非接触の状態で迅速に加熱することができる。   According to the invention of claim 2, since the heating holder is made of metal and the heat source is an electromagnetic coil that heats the heating holder by induction heating, the heating holder is quickly brought into contact with the heat source. Can be heated.

また、請求項３の発明によれば、加熱保持体がセラミックにて構成され、熱源が光照射によって加熱保持体を加熱するランプであるため、加熱保持体を熱源と非接触の状態で迅速に加熱することができる。   According to the invention of claim 3, since the heating holder is made of ceramic and the heat source is a lamp that heats the heating holder by light irradiation, the heating holder can be quickly brought out of contact with the heat source. Can be heated.

また、請求項４の発明によれば、加熱保持体の上面に石英製のプレート状部材を敷設しているため、基板を傷付けることを防止できる。   According to the invention of claim 4, since the quartz plate-like member is laid on the upper surface of the heating holder, it is possible to prevent the substrate from being damaged.

また、請求項５の発明によれば、加熱保持体を密閉チャンバーの内部に配置し、熱源を密閉チャンバーの外部に配置するため、密閉チャンバーの内部には配線等が存在せず、パーティクル源やガス滞留部が無くなり、その結果密閉チャンバー内部を常に清浄な雰囲気に維持することができる。   According to the invention of claim 5, since the heating holder is arranged inside the sealed chamber and the heat source is arranged outside the sealed chamber, there is no wiring or the like inside the sealed chamber, The gas retention part is eliminated, and as a result, the inside of the sealed chamber can always be maintained in a clean atmosphere.

また、請求項６の発明によれば、密閉チャンバーを石英チャンバーとしているため、石英チャンバー内部を常に清浄な雰囲気に維持することができる。   According to the sixth aspect of the invention, since the sealed chamber is a quartz chamber, the inside of the quartz chamber can always be maintained in a clean atmosphere.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

＜１．第１実施形態＞
図１は本発明にかかる熱処理装置の要部構成を示す側断面図である。この熱処理装置は、キセノンフラッシュランプからの閃光によって半導体ウェハー等の基板の熱処理を行う装置である。 <1. First Embodiment>
FIG. 1 is a side cross-sectional view showing a main configuration of a heat treatment apparatus according to the present invention. This heat treatment apparatus is an apparatus for performing heat treatment of a substrate such as a semiconductor wafer by flash light from a xenon flash lamp.

この熱処理装置は、内側チャンバー６７と外側チャンバー６３とで構成されるチャンバー６０を備える。内側チャンバー６７は、赤外線透過性を有する石英にて構成された筐体である。すなわち、内側チャンバー６７は石英製の石英チャンバーであり、外側チャンバー６３の内壁に内設されている。一方、外側チャンバー６３は、例えばステンレススチール等の強度と耐熱性に優れた金属材料にて構成されている。   This heat treatment apparatus includes a chamber 60 composed of an inner chamber 67 and an outer chamber 63. The inner chamber 67 is a housing made of quartz having infrared transparency. That is, the inner chamber 67 is a quartz chamber made of quartz and is provided in the inner wall of the outer chamber 63. On the other hand, the outer chamber 63 is made of a metal material having excellent strength and heat resistance, such as stainless steel.

外側チャンバー６３の上部は開放されており、そこに位置する内側チャンバー６７の天井部分が光源５から出射された光を透過してチャンバー６５内に導くチャンバー窓として機能している。また、外側チャンバー６３および内側チャンバー６７の側面の一箇所には半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための開口部７６が形成されている。開口部７６は、軸７７を中心に回動するゲートバルブ７８により開閉可能となっている。半導体ウェハーＷは、開口部７６が開放された状態で、図示しない搬送ロボットによりチャンバー６０内に搬入される。また、チャンバー６０内にて半導体ウェハーＷの熱処理が行われるときには、ゲートバルブ７８により開口部７６が閉鎖される。ゲートバルブ７８によって開口部７６が閉鎖されることにより、内側チャンバー６７は外部雰囲気と遮断された密閉チャンバーとなる。   The upper portion of the outer chamber 63 is open, and the ceiling portion of the inner chamber 67 located there functions as a chamber window that transmits light emitted from the light source 5 and guides it into the chamber 65. Further, an opening 76 for carrying in and out the semiconductor wafer W is formed at one place on the side surfaces of the outer chamber 63 and the inner chamber 67. The opening 76 can be opened and closed by a gate valve 78 that rotates about a shaft 77. The semiconductor wafer W is loaded into the chamber 60 by a transfer robot (not shown) with the opening 76 opened. Further, when the semiconductor wafer W is heat-treated in the chamber 60, the opening 76 is closed by the gate valve 78. When the opening 76 is closed by the gate valve 78, the inner chamber 67 becomes a sealed chamber that is cut off from the external atmosphere.

チャンバー６０は光源５の下方に設けられている。光源５は、複数（本実施形態においては３０本）のキセノンフラッシュランプ６９（以下、単に「フラッシュランプ６９」とも称する）と、リフレクタ７１とを備える。複数のフラッシュランプ６９は、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が水平方向に沿うようにして互いに平行に平面状に配列されている。リフレクタ７１は、複数のフラッシュランプ６９の上方にそれらの全体を被うように配設されている。   The chamber 60 is provided below the light source 5. The light source 5 includes a plurality (30 in the present embodiment) of xenon flash lamps 69 (hereinafter also simply referred to as “flash lamps 69”) and a reflector 71. The plurality of flash lamps 69 are rod-shaped lamps each having a long cylindrical shape, and are arranged in a plane parallel to each other such that the longitudinal direction thereof is along the horizontal direction. The reflector 71 is disposed above the plurality of flash lamps 69 so as to cover them entirely.

このキセノンフラッシュランプ６９は、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設されたガラス管と、該ガラス管の外局部に巻回されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときのジュール熱でキセノンガスが加熱されて閃光が放出される。このキセノンフラッシュランプ６９においては、予め蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。   The xenon flash lamp 69 includes a glass tube in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a capacitor at both ends thereof, and a trigger electrode wound around an external portion of the glass tube. Is provided. Since xenon gas is an electrical insulator, electricity does not flow into the glass tube under normal conditions. However, when the insulation is broken by applying a high voltage to the trigger electrode, the electricity stored in the capacitor instantaneously flows into the glass tube, and the xenon gas is heated by Joule heat at that time, and flash light is emitted. . In the xenon flash lamp 69, the electrostatic energy stored in advance is converted into an extremely short light pulse of 0.1 millisecond to 10 millisecond. It has the feature that it can.

フラッシュランプ６９から放射された閃光の一部は直接に内側チャンバー６７の天井部分を透過してチャンバー６０内へと向かう。また、フラッシュランプ６９から放射された閃光の他の一部は一旦リフレクタ７１によって反射されてから内側チャンバー６７の天井部分を透過してチャンバー６０内へと向かう。   Part of the flash emitted from the flash lamp 69 passes directly through the ceiling portion of the inner chamber 67 and travels into the chamber 60. Further, another part of the flash light emitted from the flash lamp 69 is once reflected by the reflector 71, then passes through the ceiling portion of the inner chamber 67 and travels into the chamber 60.

内側チャンバー６７の底部には、半導体ウェハーＷを載置して加熱するための加熱保持体５５が固設されている。加熱保持体５５は、円盤状の部材であって、例えばステンレススチール等の金属板の外表面を例えばＳｉＣ等のセラミックにて被覆して構成されている。加熱保持体５５の上面にはサセプタ５１が敷設されている。サセプタ５１は、加熱保持体５５よりも若干小さな平面サイズを有する石英製のプレート状部材である。半導体ウェハーＷは、サセプタ５１を介して加熱保持体５５に載置・保持されるため、その裏面に傷が付くことが防止される。   A heating holder 55 for mounting and heating the semiconductor wafer W is fixed to the bottom of the inner chamber 67. The heating holder 55 is a disk-shaped member, and is configured by coating the outer surface of a metal plate such as stainless steel with a ceramic such as SiC. A susceptor 51 is laid on the upper surface of the heating holder 55. The susceptor 51 is a quartz plate-like member having a slightly smaller planar size than the heating holder 55. Since the semiconductor wafer W is placed and held on the heating holder 55 via the susceptor 51, the back surface of the semiconductor wafer W is prevented from being damaged.

外側チャンバー６３の底板部には複数の電磁コイル４０が配設されている。電磁コイル４０は図外の高周波電源と電気的に接続されている。その高周波電源から電磁コイル４０に高周波の電流を流すことによって、加熱保持体５５に誘導起電力が生じて渦電流が流れてジュール熱が発生し、加熱保持体５５が高周波誘導加熱される。誘導加熱によって温度が上昇した加熱保持体５５は、サセプタ５１を介して半導体ウェハーＷを加熱する。なお、複数の電磁コイル４０の配設態様は加熱保持体５５を均一に加熱できるような形態であれば良い。   A plurality of electromagnetic coils 40 are disposed on the bottom plate portion of the outer chamber 63. The electromagnetic coil 40 is electrically connected to a high frequency power source (not shown). By flowing a high frequency current from the high frequency power source to the electromagnetic coil 40, an induced electromotive force is generated in the heating holding body 55, an eddy current flows to generate Joule heat, and the heating holding body 55 is heated by high frequency induction. The heating holder 55 whose temperature has been increased by induction heating heats the semiconductor wafer W via the susceptor 51. In addition, the arrangement | positioning aspect of the some electromagnetic coil 40 should just be a form which can heat the heating holding body 55 uniformly.

このように、第１実施形態では、半導体ウェハーＷを載置して加熱する加熱保持体５５が内側チャンバー６７の内部に配置されるとともに、その加熱保持体５５を加熱する熱源たる電磁コイル４０が内側チャンバー６７の外部に配置されている。すなわち、加熱保持体５５と電磁コイル４０とは相互に非接触のワイヤレスの状態にて分離配置されており、内側チャンバー６７の内部には電極や配線等は全く存在しない。なお、電磁コイル４０には配線接続がなされることとなるが、これは内側チャンバー６７の外部での配線となる。   As described above, in the first embodiment, the heating holder 55 that places and heats the semiconductor wafer W is disposed inside the inner chamber 67, and the electromagnetic coil 40 that is a heat source for heating the heating holder 55 is provided. Arranged outside the inner chamber 67. That is, the heating holder 55 and the electromagnetic coil 40 are separately arranged in a non-contact wireless state, and there are no electrodes, wires, or the like inside the inner chamber 67. In addition, although wiring connection is made to the electromagnetic coil 40, this is wiring outside the inner chamber 67.

図示は省略しているが、チャンバー６０には上述した構成以外にも内側チャンバー６７の内部に処理に必要なガス、例えば不活性な窒素ガスを供給するガス供給管や内側チャンバー６７内の雰囲気を排出するための排気管が連通接続されている。また、光源５と内側チャンバー６７の天井部分との間に赤外線透過材料としての石英ガラスの表面に光拡散加工を施した光拡散板を配置するようにしても良い。さらに、チャンバー６０の底部には、加熱保持体５５およびサセプタ５１を貫通して昇降する支持ピンも設けられている。   Although not shown, the chamber 60 has a gas supply pipe for supplying a gas necessary for processing, for example, an inert nitrogen gas, and an atmosphere in the inner chamber 67 in addition to the above-described configuration. An exhaust pipe for discharging is connected in communication. Further, a light diffusing plate obtained by performing a light diffusing process on the surface of quartz glass as an infrared transmitting material may be disposed between the light source 5 and the ceiling portion of the inner chamber 67. Further, a support pin that moves up and down through the heating holder 55 and the susceptor 51 is also provided at the bottom of the chamber 60.

チャンバー６０内に未処理の半導体ウェハーＷを搬入するときには、開口部７６が開放された状態で半導体ウェハーＷを保持する搬送ロボットが開口部７６から加熱保持体５５の上方まで進入し、上記支持ピンが上昇してその半導体ウェハーＷを受け取る。その後、搬送ロボットが開口部７６から退出するとともに、支持ピンがサセプタ５１よりも下方に下降することによって半導体ウェハーＷがサセプタ５１上に載置される。逆に、処理済みの半導体ウェハーＷを搬出するときには、支持ピンが上昇してサセプタ５１から半導体ウェハーＷを受け取り上昇させる。そして、開口部７６が開放された状態で搬送ロボットが開口部７６から加熱保持体５５の上方まで進入し、半導体ウェハーＷを支持する支持ピンが下降して搬送ロボットに半導体ウェハーＷを渡す。その後、搬送ロボットが開口部７６から退出して半導体ウェハーＷの搬出が完了する。   When the unprocessed semiconductor wafer W is loaded into the chamber 60, a transfer robot that holds the semiconductor wafer W in a state where the opening 76 is opened enters from above the opening 76 to above the heating holder 55, and the support pins Rises and receives the semiconductor wafer W. Thereafter, the transfer robot is withdrawn from the opening 76 and the support pins are lowered below the susceptor 51, whereby the semiconductor wafer W is placed on the susceptor 51. On the other hand, when the processed semiconductor wafer W is unloaded, the support pins rise and receive the semiconductor wafer W from the susceptor 51 and raise it. Then, the transfer robot enters from above the opening 76 to above the heating holder 55 with the opening 76 opened, and the support pins that support the semiconductor wafer W are lowered to transfer the semiconductor wafer W to the transfer robot. Thereafter, the transfer robot exits from the opening 76 to complete the transfer of the semiconductor wafer W.

次に、上記構成を有する熱処理装置による半導体ウェハーＷの熱処理動作について説明する。この熱処理装置において処理対象となる半導体ウェハーＷは、イオン注入後の半導体ウェハーである。   Next, the heat treatment operation of the semiconductor wafer W by the heat treatment apparatus having the above configuration will be described. A semiconductor wafer W to be processed in this heat treatment apparatus is a semiconductor wafer after ion implantation.

まず、上述のようにして処理対象となる半導体ウェハーＷがチャンバー６０内に搬入され、サセプタ５１に載置される。半導体ウェハーＷの搬入が完了すれば、開口部７６がゲートバルブ７８により閉鎖される。しかる後、チャンバー６０内に窒素ガスの気流が形成される。   First, the semiconductor wafer W to be processed is loaded into the chamber 60 and placed on the susceptor 51 as described above. When the loading of the semiconductor wafer W is completed, the opening 76 is closed by the gate valve 78. Thereafter, an air flow of nitrogen gas is formed in the chamber 60.

半導体ウェハーＷがサセプタ５１に載置される時点においては、電磁コイル４０の誘導加熱によって加熱保持体５５が所定温度に昇温されている。このため、サセプタ５１上に半導体ウェハーＷが載置された状態においては、半導体ウェハーＷが加熱状態にあるサセプタ５１と接触することにより予備加熱され、半導体ウェハーＷの温度が次第に上昇する。   When the semiconductor wafer W is placed on the susceptor 51, the heating holder 55 is heated to a predetermined temperature by induction heating of the electromagnetic coil 40. Therefore, in a state where the semiconductor wafer W is placed on the susceptor 51, the semiconductor wafer W is preheated by coming into contact with the heated susceptor 51, and the temperature of the semiconductor wafer W gradually increases.

この状態においては、半導体ウェハーＷは加熱保持体５５により継続して加熱される。そして、半導体ウェハーＷの温度上昇時には、図示しない温度センサにより、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを常に監視する。尚、温度センサも内側チャンバの外側に配置するのが好ましく、内側チャンバを透過して温度測定を行う放射温度計等が使用される。または、電磁コイル４０の温度でもってコントロールするようにしてもよい。   In this state, the semiconductor wafer W is continuously heated by the heating holder 55. When the temperature of the semiconductor wafer W rises, a temperature sensor (not shown) always monitors whether or not the surface temperature of the semiconductor wafer W has reached the preheating temperature T1. The temperature sensor is also preferably arranged outside the inner chamber, and a radiation thermometer or the like that measures temperature through the inner chamber is used. Alternatively, it may be controlled by the temperature of the electromagnetic coil 40.

なお、この予備加熱温度Ｔ１は、例えば２００℃ないし６００℃程度の温度である。半導体ウェハーＷをこの程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱したとしても、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散してしまうことはない。   The preheating temperature T1 is, for example, about 200 ° C. to 600 ° C. Even if the semiconductor wafer W is heated to such a preheating temperature T1, ions implanted into the semiconductor wafer W will not diffuse.

やがて、半導体ウェハーＷの表面温度が予備加熱温度Ｔ１に到達すると、フラッシュランプ６９を点灯してフラッシュ加熱を行う。このフラッシュ加熱工程におけるフラッシュランプ６９の点灯時間は、０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の時間である。このように、フラッシュランプ６９においては、予め蓄えられていた静電エネルギーがこのように極めて短い光パルスに変換されることから、極めて強い閃光が照射されることになる。   Eventually, when the surface temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the flash lamp 69 is turned on to perform flash heating. The lighting time of the flash lamp 69 in this flash heating process is a time of about 0.1 to 10 milliseconds. Thus, in the flash lamp 69, the electrostatic energy stored in advance is converted into such an extremely short light pulse, so that an extremely strong flash light is irradiated.

このようなフラッシュ加熱により、半導体ウェハーＷの表面温度は瞬間的に温度Ｔ２に到達する。この温度Ｔ２は、１０００℃ないし１１００℃程度の半導体ウェハーＷのイオン活性化処理に必要な温度である。半導体ウェハーＷの表面がこのような処理温度Ｔ２にまで昇温されることにより、半導体ウェハーＷ中に打ち込まれたイオンが活性化される。   By such flash heating, the surface temperature of the semiconductor wafer W instantaneously reaches the temperature T2. This temperature T2 is a temperature necessary for the ion activation treatment of the semiconductor wafer W at about 1000 ° C. to 1100 ° C. When the surface of the semiconductor wafer W is heated to such a processing temperature T2, ions implanted into the semiconductor wafer W are activated.

このとき、半導体ウェハーＷの表面温度が０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の極めて短い時間で処理温度Ｔ２まで昇温されることから、半導体ウェハーＷ中のイオン活性化は短時間で完了する。従って、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンが拡散することはなく、半導体ウェハーＷに打ち込まれたイオンのプロファイルがなまるという現象の発生を防止することが可能となる。なお、イオン活性化に必要な時間はイオンの拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であってもイオン活性化は完了する。   At this time, since the surface temperature of the semiconductor wafer W is raised to the processing temperature T2 in an extremely short time of about 0.1 to 10 milliseconds, ion activation in the semiconductor wafer W is completed in a short time. . Therefore, the ions implanted into the semiconductor wafer W do not diffuse, and it is possible to prevent the phenomenon that the profile of the ions implanted into the semiconductor wafer W is lost. Since the time required for ion activation is extremely short compared with the time required for ion diffusion, the ion activation is performed even for a short time in which no diffusion of about 0.1 millisecond to 10 millisecond occurs. Complete.

また、フラッシュランプ６９を点灯して半導体ウェハーＷを加熱する前に、加熱保持体５５を使用して半導体ウェハーＷの表面温度を２００℃ないし６００℃程度の予備加熱温度Ｔ１まで加熱していることから、フラッシュランプ６９により半導体ウェハーＷを１０００℃ないし１１００℃程度の処理温度Ｔ２まで速やかに昇温させることが可能となる。   Further, before the semiconductor wafer W is heated by turning on the flash lamp 69, the surface temperature of the semiconductor wafer W is heated to the preheating temperature T1 of about 200 ° C. to 600 ° C. using the heating holder 55. Accordingly, the flash lamp 69 can quickly raise the temperature of the semiconductor wafer W to the processing temperature T2 of about 1000 ° C. to 1100 ° C.

フラッシュ加熱工程が終了した後に、上述した手順にしたがって搬送ロボットによりチャンバー６０から処理済みの半導体ウェハーＷが搬出される。以上のようにして、一連の熱処理動作が完了する。   After the flash heating process is completed, the processed semiconductor wafer W is unloaded from the chamber 60 by the transfer robot according to the above-described procedure. As described above, a series of heat treatment operations is completed.

第１実施形態の熱処理装置においては、加熱保持体５５と電磁コイル４０とが内側チャンバー６７の底面壁を挟んで相互に非接触状態に分離配置されており、内側チャンバー６７の内部には電極や配線等は全く存在しない。加熱保持体５５自体は金属製であるが、その表面はセラミックにて覆われているため、加熱保持体５５が汚染源となることはない。従って、密閉された石英製の内側チャンバー６７の内部は煩雑な配線等が存在しない単純な構造となり、パーティクル等の汚染源やガス滞留部等が無くなり、加熱処理の対象となる半導体ウェハーＷの周辺を常に清浄な雰囲気に維持することができる。   In the heat treatment apparatus of the first embodiment, the heating holder 55 and the electromagnetic coil 40 are separately arranged in a non-contact state with the bottom wall of the inner chamber 67 interposed therebetween. There is no wiring or the like. Although the heating holder 55 itself is made of metal, since the surface is covered with ceramic, the heating holder 55 does not become a contamination source. Accordingly, the inside of the sealed quartz inner chamber 67 has a simple structure with no complicated wiring and the like, and there are no contamination sources such as particles, gas staying portions, etc., and the periphery of the semiconductor wafer W to be heat-treated is removed. A clean atmosphere can always be maintained.

また、誘導加熱方式はレスポンスが早いため、加熱保持体５５を目標温度まで迅速に昇温させることができる。   Further, since the induction heating method has a quick response, the heating holder 55 can be quickly raised to the target temperature.

＜２．第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態の熱処理装置の要部構成を示す側断面図である。第２実施形態の熱処理装置が第１実施形態と異なるのは半導体ウェハーＷを予備加熱する加熱機構であり、それ以外の点は同じであるため、同一部材に対しては図１と同一の符号を付してその説明を省略する。 <2. Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a side cross-sectional view showing the main configuration of the heat treatment apparatus according to the second embodiment. The heat treatment apparatus of the second embodiment is different from the first embodiment in the heating mechanism for preheating the semiconductor wafer W, and the other points are the same. The description is omitted.

内側チャンバー６７の底部には、半導体ウェハーＷを載置して加熱するための加熱保持体３５が固設されている。加熱保持体３５は、円盤状の部材であって、例えばＳｉＣ等のセラミックにて構成されている。加熱保持体３５の上面にはサセプタ５１が敷設されている。サセプタ５１は、加熱保持体３５よりも若干小さな平面サイズを有する石英製のプレート状部材である。半導体ウェハーＷは、サセプタ５１を介して加熱保持体３５に載置・保持されるため、その裏面に傷が付くことが防止される。   A heating holder 35 for fixing and heating the semiconductor wafer W is fixed to the bottom of the inner chamber 67. The heating holder 35 is a disk-shaped member and is made of ceramic such as SiC, for example. A susceptor 51 is laid on the upper surface of the heating holder 35. The susceptor 51 is a quartz plate-like member having a slightly smaller planar size than the heating holder 35. Since the semiconductor wafer W is placed and held on the heating holder 35 via the susceptor 51, the back surface of the semiconductor wafer W is prevented from being damaged.

外側チャンバー６３の底板部には複数のハロゲンランプ３０が配設されている。ハロゲンランプ３０は図外の電源と電気的に接続されている。その電源からハロゲンランプ３０に電力供給を行うことによって、ハロゲンランプ３０からの光照射が実行される。なお、ハロゲンランプ３０は連続点灯の光源である。ハロゲンランプ３０から出射された光は石英製の内側チャンバー６７の底部を透過して加熱保持体３５に照射され、それによって加熱保持体３５が加熱される。ハロゲンランプ３０からの光照射によって温度が上昇した加熱保持体３５は、サセプタ５１を介して半導体ウェハーＷを加熱する。なお、複数のハロゲンランプ３０の配設態様は加熱保持体３５を均一に加熱できるような形態であれば良い。   A plurality of halogen lamps 30 are disposed on the bottom plate portion of the outer chamber 63. The halogen lamp 30 is electrically connected to a power source not shown. By supplying power to the halogen lamp 30 from the power source, light irradiation from the halogen lamp 30 is executed. The halogen lamp 30 is a continuously lit light source. Light emitted from the halogen lamp 30 passes through the bottom of the quartz inner chamber 67 and is irradiated to the heating holder 35, whereby the heating holder 35 is heated. The heating holder 35 whose temperature has been increased by light irradiation from the halogen lamp 30 heats the semiconductor wafer W via the susceptor 51. In addition, the arrangement | positioning aspect of the some halogen lamp 30 should just be a form which can heat the heating holding body 35 uniformly.

このように、第２実施形態では、半導体ウェハーＷを載置して加熱する加熱保持体３５が内側チャンバー６７の内部に配置されるとともに、その加熱保持体３５を加熱する熱源たるハロゲンランプ３０が内側チャンバー６７の外部に配置されている。すなわち、加熱保持体３５とハロゲンランプ３０とは相互に非接触のワイヤレスの状態にて分離配置されており、内側チャンバー６７の内部には電極や配線等は全く存在しない。   As described above, in the second embodiment, the heating holder 35 that places and heats the semiconductor wafer W is disposed inside the inner chamber 67, and the halogen lamp 30 that is a heat source for heating the heating holder 35 is provided. Arranged outside the inner chamber 67. That is, the heating holder 35 and the halogen lamp 30 are separately arranged in a non-contact wireless state, and there are no electrodes, wirings, or the like inside the inner chamber 67.

第２実施形態の熱処理装置の上記以外の構成は第１実施形態と同じであり、半導体ウェハーＷの熱処理動作も第１実施形態と同じである。但し、第２実施形態においては、ハロゲンランプ３０からの光照射によって加熱保持体３５を所定温度に昇温しており、それによって半導体ウェハーＷを予備加熱している。   The other configuration of the heat treatment apparatus of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and the heat treatment operation of the semiconductor wafer W is the same as that of the first embodiment. However, in the second embodiment, the heating holder 35 is heated to a predetermined temperature by light irradiation from the halogen lamp 30, thereby preheating the semiconductor wafer W.

このようにしても第１実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、第２実施形態の熱処理装置においては、加熱保持体３５とハロゲンランプ３０とが内側チャンバー６７の底面壁を挟んで相互に非接触状態に分離配置されており、内側チャンバー６７の内部には電極や配線等は全く存在しない。加熱保持体３５は全体がセラミックにて構成されているため、加熱保持体３５が汚染源となることはない。従って、密閉された石英製の内側チャンバー６７の内部は煩雑な配線等が存在しない単純な構造となり、パーティクル等の汚染源やガス滞留部等が無くなり、加熱処理の対象となる半導体ウェハーＷの周辺を常に清浄な雰囲気に維持することができる。   Even if it does in this way, the effect similar to 1st Embodiment is acquired. That is, in the heat treatment apparatus of the second embodiment, the heating holder 35 and the halogen lamp 30 are separately arranged in a non-contact state with the bottom wall of the inner chamber 67 interposed therebetween. There are no electrodes or wires. Since the heating holder 35 is entirely made of ceramic, the heating holder 35 does not become a contamination source. Accordingly, the inside of the sealed quartz inner chamber 67 has a simple structure with no complicated wiring and the like, eliminating contamination sources such as particles and gas staying portions, and the like around the semiconductor wafer W to be heat-treated. A clean atmosphere can always be maintained.

また、光照射加熱方式はレスポンスが早いため、加熱保持体３５を目標温度まで迅速に昇温させることができる。   Further, since the light irradiation heating method has a quick response, the heating holder 35 can be quickly raised to the target temperature.

＜３．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記の例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては光源５に３０本のフラッシュランプ６９を備えるようにしていたが、これに限定されずフラッシュランプ６９の本数は任意のものとすることができる。 <3. Modification>
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above examples. For example, in the above embodiment, the light source 5 is provided with 30 flash lamps 69, but the present invention is not limited to this, and the number of flash lamps 69 may be arbitrary.

また、半導体ウェハーＷを載置して予備加熱するための加熱保持体を加熱する方式は誘導加熱方式や光照射加熱方式に限定されるものではなく、例えばマイクロ波によって加熱する方式であっても良い。この場合、マイクロ波発生装置を内側チャンバー６７の底面壁の外側に配置するとともに、そのマイクロ波の波長によって加熱されるセラミックを内側チャンバー６７の底面壁の内側に配置する。このようにしても上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。   Further, the method of heating the heating holding body for placing and preheating the semiconductor wafer W is not limited to the induction heating method or the light irradiation heating method, and may be a method of heating by microwaves, for example. good. In this case, the microwave generator is arranged outside the bottom wall of the inner chamber 67, and the ceramic heated by the microwave wavelength is arranged inside the bottom wall of the inner chamber 67. Even if it does in this way, the same effect as each above-mentioned embodiment can be acquired.

また、上記各実施形態においては、加熱保持体の上面に石英製のサセプタ５１を敷設していたが、サセプタ５１は必須のものではなく、半導体ウェハーＷの裏面に傷を付けるおそれがなければ加熱保持体に直接半導体ウェハーＷを載置するようにしても良い。また、熱源によって加熱保持体ではなく、サセプタを加熱するようにしても良い。   In each of the above embodiments, the susceptor 51 made of quartz is laid on the upper surface of the heating holder. However, the susceptor 51 is not indispensable, and heating is performed if there is no risk of scratching the back surface of the semiconductor wafer W. The semiconductor wafer W may be placed directly on the holder. Further, the susceptor may be heated by the heat source instead of the heating holder.

また、光源５にフラッシュランプ６９に代えて他の種類のランプ（例えばハロゲンランプ）を備え、当該ランプからの光照射によって半導体ウェハーＷの加熱を行う熱処理装置であっても本発明に係る技術を適用することができる。すなわち、ランプからの光照射による加熱を補助するための予備加熱を行う機構として上記各実施形態のような技術を適用することができる。   Further, the technique according to the present invention can be applied to a heat treatment apparatus that includes another type of lamp (for example, a halogen lamp) instead of the flash lamp 69 in the light source 5 and heats the semiconductor wafer W by light irradiation from the lamp. Can be applied. That is, the technique as in each of the above embodiments can be applied as a mechanism for performing preliminary heating to assist heating by light irradiation from the lamp.

また、上記実施形態においては、半導体ウェハーに光を照射してイオン活性化処理を行うようにしていたが、本発明にかかる熱処理装置による処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではない。例えば、窒化シリコン膜や多結晶シリコン膜等の種々のシリコン膜が形成されたガラス基板に対して本発明にかかる熱処理装置による処理を行っても良い。一例として、ＣＶＤ法によりガラス基板上に形成した多結晶シリコン膜にシリコンをイオン注入して非晶質化した非晶質シリコン膜を形成し、さらにその上に反射防止膜となる酸化シリコン膜を形成する。この状態で、本発明にかかる熱処理装置により非晶質のシリコン膜の全面に光照射を行い、非晶質のシリコン膜が多結晶化した多結晶シリコン膜を形成することもできる。   In the above embodiment, the semiconductor wafer is irradiated with light to perform the ion activation process. However, the substrate to be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention is not limited to the semiconductor wafer. . For example, the glass substrate on which various silicon films such as a silicon nitride film and a polycrystalline silicon film are formed may be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention. As an example, an amorphous silicon film made amorphous by ion implantation of silicon into a polycrystalline silicon film formed on a glass substrate by a CVD method is formed, and a silicon oxide film serving as an antireflection film is further formed thereon. Form. In this state, the entire surface of the amorphous silicon film is irradiated with light by the heat treatment apparatus according to the present invention, so that a polycrystalline silicon film obtained by polycrystallizing the amorphous silicon film can be formed.

また、ガラス基板上に下地酸化シリコン膜、アモルファスシリコンを結晶化したポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜にリンやボロン等の不純物をドーピングした構造のＴＦＴ基板に対して本発明にかかる熱処理装置により光照射を行い、ドーピング工程で打ち込まれた不純物の活性化を行うこともできる。   Further, a heat treatment according to the present invention is applied to a TFT substrate having a structure in which a base silicon oxide film and a polysilicon film obtained by crystallizing amorphous silicon are formed on a glass substrate, and the polysilicon film is doped with impurities such as phosphorus and boron. It is also possible to activate the impurities implanted in the doping process by irradiating light with an apparatus.

第１実施形態の熱処理装置の要部構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the principal part structure of the heat processing apparatus of 1st Embodiment. 第２実施形態の熱処理装置の要部構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the principal part structure of the heat processing apparatus of 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

５ 光源
３０ ハロゲンランプ
３５，５５ 加熱保持体
４０ 電磁コイル
５１ サセプタ
６０ チャンバー
６３ 外側チャンバー
６７ 内側チャンバー
６９ フラッシュランプ
Ｗ 半導体ウェハー 5 Light source 30 Halogen lamp 35, 55 Heating holder 40 Electromagnetic coil 51 Susceptor 60 Chamber 63 Outer chamber 67 Inner chamber 69 Flash lamp W Semiconductor wafer

Claims (6)

基板に対して閃光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
基板に向けて閃光を照射するフラッシュランプと、
基板を載置するとともに、前記フラッシュランプから閃光を照射する前に該基板を予備加熱する加熱保持体と、
前記加熱保持体を加熱する熱源と、
を備え、
前記加熱保持体と前記熱源とは相互に非接触状態に分離配置されていることを特徴とする熱処理装置。 A heat treatment apparatus for heating a substrate by irradiating a flash with the substrate,
A flash lamp that irradiates a flash toward the substrate;
A heating holder for placing the substrate and preheating the substrate before irradiating the flashlight from the flash lamp;
A heat source for heating the heating holder;
With
The heat treatment apparatus, wherein the heating holder and the heat source are separately arranged in a non-contact state. 請求項１記載の熱処理装置において、
前記加熱保持体は金属にて構成され、前記熱源は誘導加熱によって前記加熱保持体を加熱する電磁コイルであることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein
The heat holding device is made of metal, and the heat source is an electromagnetic coil for heating the heat holding member by induction heating. 請求項１記載の熱処理装置において、
前記加熱保持体はセラミックにて構成され、前記熱源は光照射によって前記加熱保持体を加熱するランプであることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein
The heat holding device is made of ceramic, and the heat source is a lamp for heating the heat holding member by light irradiation. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記加熱保持体の上面に石英製のプレート状部材を敷設することを特徴とする熱処理装置。 In the heat processing apparatus in any one of Claims 1-3,
A heat treatment apparatus, wherein a quartz plate-like member is laid on the upper surface of the heating holder. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記加熱保持体を密閉チャンバーの内部に配置し、前記熱源を前記密閉チャンバーの外部に配置することを特徴とする熱処理装置。 In the heat processing apparatus in any one of Claims 1-4,
A heat treatment apparatus, wherein the heating holder is disposed inside a sealed chamber, and the heat source is disposed outside the sealed chamber. 請求項５記載の熱処理装置において、
前記密閉チャンバーを石英チャンバーとすることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 5, wherein
A heat treatment apparatus, wherein the sealed chamber is a quartz chamber.
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